Universidad de Chile Departamento de Ingeniería de Minas
Ejercicio Curso Profesor P. Auxiliar Fecha
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N° 2 MI 51A - PIROMETALURGIA Gabriel Riveros U Ricardo Olivares Q 24.04.06
En un horno Flash se procesa un concentrado calcopirítico con oxígeno puro y sílice como fundente, alimentados a una temperatura de 25 ºC. La mata producida tiene una ley de 52 % Cu y está formada por FeS y Cu 2S, la escoria compuesta por 70 % FeO y 30 % de SiO2, encontrándose ambos a 1227 ºC. Los gases de salida, principalmente SO 2, salen a 1427 ºC. Se asume que las reacciones que ocurren son: 1. CuFeS2 + ½ O2 = ½ Cu2S + FeS + ½ SO 2 2. FeS + 3/2 O 2 = FeO + SO 2 3. 2 FeO + SiO 2 = 2FeO*SiO 2 Para la reacción (1) se conocen: Componente : H298º (cal/mol)
CuFeS 2 -75.016
O2 0
Cu2S -32.383
FeS -37.590
SO2 -86.567
A su vez, el H298º de la reacción (2) es de –112,271 cal/mol de FeO y el de la reacción (3) de –8.200 cal/mol de SiO 2. El calor para calentar desde 25 ºC a 1227 ºC el Cu 2S, el FeS y la fayalita 2FeO*SiO 2 son de 30.048, 35.330 y 77.430 cal/mol, respectivamente. El calor necesario para calentar el SO2 desde 25 a 1427 ºC es de 18.646 cal/mol. Calcular basándose en 1000 Kg. de concentrado: i) la masa de mata y escoria generada, ii) volumen de gases generados y O 2 estequiométrico requerido iii) las pérdidas de calor para que el proceso sea autógeno. Pesos Moleculares: Componente : CuFeS 2 O2 Cu2S g/mol 183,51 32 159,15 Pesos Atómicos: Componente : Cu g/átomo 63,54
Fe 55,85
FeO 71,85
FeS SiO 2 SO2 87,91 60 64
Solución: Balance de masa Calcopirita: 34,6 % Cu, 30,4 % Fe, 35,0 % S. Para 1 t, 346 kg Cu, 304 kg Fe y 350 kg S mCu 346 Peso de la mata: mmata i) 665,4 kg % Cu mata 100 0,52
Cu2S en la mata:
mCu S
Moles Cu2S:
nCu S
mCu *
2
M Cu S 2
mCu S
433,3
2
M Cu S
2
159,15
2
FeS en la mata:
m FeS
mmata
Moles FeS mata:
n FeS mata
Hierro en la mata:
m Fe mata
Azufre en Cu2S:
mS en Cu S
mCu S
m FeS M FeS
m FeS *
2
87,91
M Fe M FeS
mCu S * 2
433,3
M Cu S
55,85 87,91
433,3 *
2
Azufre en FeS:
mS en FeS
Azufre en la mata:
mS mata
Hierro en escoria:
m Fe escoria
FeO en la escoria:
m FeO escoria
Moles FeO:
n FeO
Peso de la escoria:
mescoria
Peso de SiO2:
mSiO
Moles SiO2:
n SiO
m FeS *
M FeS
m Fe escoria *
2
2
mS gas es
mescoria * 2
M SiO
87,91
87,1 kg
84,5 kg
156,5 kg
71,85 55,85
201,3 kg
201,3
0,70
287,6 kg
287,6 * 0,3
86,3 kg
1,4 kg mol
mS total mS mata
32
156,5 *
100 60
159,15
% SiO2 escoria 86,3
32
2,8 kg mol
% FeO escoria 100
mSiO
71,85
147,5 kg
304 147,5
M Fe
201,3
M FeO
171,6 kg
m FeOescoria
m Fe total m Fe mata
M FeO
232,1*
2
m FeO escoria
mS en Cu S mS en FeS
2
Peso S en gases:
M S
232,1 kg
232,1*
M S
2,6 kg mol
433,3 kg
232,1
2 * 63,54
2,7 kg mol
665,4
2
159,15
346 *
2 * M Cu
350,0 171,6
178,4 kg
i)
Peso SO2 en gases:
mSO ga ses
mS ga ses *
2
Moles SO2 en gases: n SO
mSO
64
2
Volumen SO2 gases:
V SO
Moles de CuFeS2:
nCuFeS
2
nSO
2
* 22,4
2
M CuFeS
2
Moles de O2 oxidación CuFeS2:
Moles FeS oxidación FeS:
nO
2
2
2
2
Volumen O2 requerido:
2
oxidación FeS
2
2
oxidación FeS
V O
nCuFeS
2
3
124,9 m
ii)
5,4 kg mol
1
nCuFeS *
n FeS mata 3 2
5,4
2
2
n FeS oxidan *
2,8 *
5,4 *
2,6
3 2
1
2,7 kg mol 2 2,8 kg mol
4,2 kg mol
2,7 4,2 6,9 kg mol
* 22,4
nO
356,8 kg
2 oxidaciónCuFeS 2
n FeS oxidan
Moles O2 estequiométrico: nO total nO oxidaciónCuFeS nO
183,51
nO
Moles de FeS oxidan:
32
5,6 kg mol
1000
2
64
178,4 *
5,6 * 22,4
mCuFeS
M S
M SO
2
2
356,8
2 ga ses
M SO
6.9 * 22,4
3
154,6m
Balance de calor: Calor de entrada: ( H 0 29 8 ) reacción1
1 2
1 2
* H 0 29 8 Cu2 S
* (32.383) (37.590)´
1 2
H
0
29 8 FeS
1 2
H
0
29 8 SO2
H
0
29 8 CuFeS 2
* (86.567) (75.016) 22.049 cal / mol CuFeS 2 5.400
( H 0 29 8 ) reacción1
22.049 * nCuFeS 22.049 *
( H 0 298 ) reacción 2
112.271 cal / mol FeO * n FeO 112.271*
( H 0 298 ) reacción 3
8.200 cal / mol SiO2
2
* n FeO
Calor total aportado por las reacciones: Qr
1.000
119.065 kcal
8.200 *
2.800 1.000
1.400 1.000
-444.874 kcal
314.359 kcal
11.480 kcal
ii)
Calor de salida: Calor calentamiento mata desde 298 a 1500 K QCu S
2
Q FeS
30.048*
35.330*
nCu S 2
1000
n FeS 1000
30.048 * 2,7
35.330 * 2,6
81.130 kcal
91.858 kcal
Calor calentamiento de la escoria desde 298 a 1500 K: Q2 FeO*SiO
2
77.430*
n2 FeO *SiO
2
1000
77.430 *1,4
108.402 kcal
Calor calentamiento gases desde 298 a 1700 K: nSO QSO 18.646* 18.646 * 5,6 104.418 kcal 1000
2
2
Pérdidas de calor: Q pérdid as Qr Qmata
Qescoria
Q ga ses
Q pérdid as 444.874 172.988 108.402 104.418 59.066 kcal / t concentrad o
